[发明专利]用于含重金属离子和有机物的工业废水处理的改性纳米零价铁复合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于含重金属离子和有机物的工业废水处理的改性纳米零价铁复合物及其制备方法，属于纳米和水污染控制技术领域。

背景技术

工业废水来源非常广泛，煤炭、电力、炼油、化工、冶金、造纸、农药、印染等行业均产生大量工业废水。随着现代工业技术的发展，工业废水量迅速增长，给当前的废水处理与回收利用技术带来了巨大挑战。工业废水一般含有多种物质，可能包括多种有机物、无机盐、重金属元素和放射性物质等。由于组成不同，环境污染性也不同。从环境保护和企业生产的角度来说，亟需可快速高效处理来源和组成不同的工业废水的材料和方法。

纳米零价铁是粒径在1～100纳米之间的铁颗粒，尺寸小，比表面积大，吸附能力强，化学反应活性高，可通过还原、沉淀、吸附和絮凝等复合作用处理含重金属离子和有机物的多种废水，是近年来应用较为广泛的一种纳米水处理材料。自上世纪九十年代至今，纳米零价铁技术已投入到美国等多国的实际应用中，且已证实该技术是一种较为有效的原位还原技术。但由于纳米零价铁的活性高，易发生表面氧化而造成反应性降低，并且纳米零价铁颗粒易团聚为尺度更大的颗粒，导致反应活性和流动性降低。因此，通过修饰制备高效、廉价、性能稳定的纳米零价铁复合物，解决纳米零价铁易氧化易团聚的问题，并提高其回收和重复利用性，是工业废水处理技术的一个研究热点。

近年来，为处理来源和组成不同的工业废水，研究人员在纳米零价铁复合物制备方向进行了大量工作，目前发表的专利文献报道包括CN106077624A、CN105668757A、CN106044921A、CN105457597A、CN106268550A、CN105562708A、CN105854847A等。公开号CN104437364A采用液相化学氧化剥离法制备石墨烯，Fe³⁺通过化学吸附在其表面，Fe³⁺/石墨烯复合物烘干后置于等离子放电室中经过氢气和氩气混合等离子体放电后制得石墨烯负载纳米零价铁复合材料，制备过程复杂且收率不高，而设备要求和生产成本高。公开号CN106179473A首先制备沸石前驱体，将其与硅源、铝源和表面活性剂于碱溶液中混合得到水凝胶，将纳米零价铁和碳纳米管加入到水凝胶中，制得混合凝胶，将混合凝胶依次进行晶化处理和高温煅烧处理制得纳米零价铁/碳纳米管/沸石杂化介孔分子筛复合材料，制备过程复杂，反应条件要求较高。公开号CN104439270A以海藻酸钠和β‐环糊精为主要原料，并以氯化钙为交联剂，对纳米零价铁进行协同固定化，成本较低，绿色环保、安全无毒，产品具有较高的反应活性和稳定性。但该方法未研究其回收和重复利用性。以上专利均未通过改性同时实现提高纳米零价铁稳定性，分散性和回收利用性的目标。

本发明开发了一种新型改性纳米零价铁复合物及其制备方法，并采用该复合物处理含重金属离子和有机物的工业废水。该复合物制备成本比较低，流程较简单；复合物分散性，反应活性和稳定性高，方便回收，重复利用性好。该方法得到的纳米零价铁复合物可以快速高效地去除来源和组成不同的含重金属离子和有机物的工业废水，实现工业废水去污染化的目标，社会效益和经济效益良好，在实际工业废水处理应用中具有良好的应用前景。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种改性纳米零价铁复合物及其制备方法，并用于处理含重金属离子和有机物的工业废水，实现工业废水中重金属离子和有机物的快速高效去除，降低废水处理成本和难度，减轻环保问题带来的压力。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

用于含重金属离子和有机物的工业废水处理的改性纳米零价铁复合物；是由二硫化钼，四氧化三铁和纳米零价铁三种材料复合而成；利用水热法分步制备二硫化钼和四氧化三铁，利用硼氢化还原法制备纳米零价铁；纳米零价铁和四氧化三铁纳米球均匀地分散在二硫化钼纳米片层上。

通过纳米零价铁改性有效地抑制纳米零价铁的表面氧化和聚结并进一步提高其活性，并利用复合材料的磁性对其进行回收，实现重复利用。

用于含重金属离子和有机物的工业废水处理的改性纳米零价铁复合物的制备方法，包括下列步骤：

(1)将三氧化钼和硫脲置于管式炉中，恒温加热3‐5小时，自然冷却后得到二硫化钼；

(2)将二硫化钼加入到体积比范围为5:4‐4:5的水与异丙醇的混合液中，机械搅拌和超声同时作用2‐4小时；